高强度抗微生物玻璃制造技术

具有抗微生物性质和高压缩应力的玻璃的制造方法。该方法包括：第一离子交换步骤，在该步骤中，用钾阳离子交换基础玻璃中的钠阳离子，以提供处于压缩应力的表面层，之后是第二离子交换，在该步骤中，用银阳离子交换玻璃中的钾离子和锂离子，以产生抗微生物玻璃。在一些实施方式中，抗微生物玻璃的最大压缩应力至少是通过第一浴中的钾‑钠交换获得的最大压缩应力的80％。还提供了基础玻璃和具有抗微生物性质的经离子交换的玻璃。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C.§119，要求2014年2月26日提交的美国临时申请系列第61/944656号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。技术背景本文涉及具有抗微生物性质的玻璃。甚至更具体来说，本文涉及具有此类抗微生物性质的抗破坏、化学强化玻璃。通常来说，通过结合银来获得具有抗微生物表面的高强度玻璃，经由熔融盐(或水性)溶液，将银离子交换到玻璃中，进入玻璃的表面区域。但是，银与钾阳离子发生交换不可避免地导致玻璃表面处的压缩应力的大幅下降，引起最终玻璃产品中的明显强度损失。这是由于银的离子半径(129皮米(pm))远小于钾(152pm)。
技术实现思路
如本文所述，通过提供制造具有抗微生物性质和高压缩应力的玻璃的方法，来解决如何在不造成任何明显压缩应力损失的情况下将银离子交换进入玻璃表面的问题。该方法包括：第一离子交换步骤，在该步骤中，用钾阳离子交换基础玻璃中的钠阳离子，以提供处于压缩应力的表面层，之后是第二离子交换步骤，在该步骤中，用银阳离子交换玻璃中的钾离子和锂离子，以产生抗微生物玻璃。在一些实施方式中，抗微生物玻璃的最大压缩应力至少是通过第一浴中的钾-钠交换获得的最大压缩应力的80％。还提供了基础玻璃和具有抗微生物性质的经离子交换的玻璃。因此，本文的一个方面提供了如下玻璃，其包含：至少约50摩尔％的SiO2；约5摩尔％至约25摩尔％的Al2O3；高至约15摩尔％的B2O3；约10摩尔％至约25摩尔％的Na2O；高至约5摩尔％的K2O；0.1至约2.5摩尔％的Li2O；高至约5摩尔％的P2O5；高至约10摩尔％的MgO；高至约10摩尔％的CaO；以及高至约10摩尔％的ZnO；以及其中，10摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤30摩尔％。本文的第二方面提供了包含SiO2、Al2O3、Li2O和Na2O的玻璃。玻璃具有从玻璃表面延伸到玻璃内的层深度的压缩层。压缩层包括K2O，并且最大压缩应力至少约为700MPa。玻璃还包括压缩层内的第一区域。第一区域从表面延伸到第一深度，所述第一深度小于所述层深度并且包含约为10-30摩尔％的Ag2O。本专利技术的第三个方面提供了制造抗微生物玻璃的方法。该方法包括：用来自第一离子交换浴的钾阳离子来离子交换包含SiO2、Al2O3、Na2O和Li2O的玻璃中的钠阳离子，以形成从玻璃表面延伸到玻璃内的层深度的压缩层；以及用来自第二离子交换浴的银阳离子来离子交换压缩层内的第一区域中的锂阳离子，其中，银阳离子为玻璃提供了抗微生物活性。第一区域从表面延伸到玻璃内的第一深度，所述第一深度小于所述层深度。从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本专利技术的上述及其他方面、优点和显著特征。附图说明图1是经离子交换的玻璃片的横截面示意图；以及图2是Ag+离子交换之前和之后的离子交换玻璃样品中的压缩应力图。具体实施方式在以下描述中，相同的附图标记表示附图所示的若干视图中类似或相应的部分。还应理解，除非另外指出，术语如“顶部”，“底部”，“向外”，“向内”等是方便词语，不构成对术语的限制。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另有说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限，以及所述范围之间的任意范围。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示“至少一(个/种)”，或者“一(个/种)或多(个/种)”。还应理解的是，在说明书和附图中揭示的各种特征可以任意和所有的组合方式使用。本文所用术语“玻璃制品”和“玻璃制品(glassarticles)”以它们最广泛的意义来使用，包括全部或部分由玻璃制成的任何物体。除非另外说明，否则所有组成表示为摩尔百分数(摩尔％)。应注意，本文可用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致审议的主题的基本功能改变。因而，基本不含“碱金属氧化物”或者“基本不含P2O5”的玻璃是这样一种玻璃，其中，没有主动将此类氧化物添加或者配料到玻璃中，但是可能以非常少量作为污染物存在。使用本领域已知的那些方法来测量本文所述的离子交换玻璃的压缩应力和层深度。此类方法包括但不限于，使用诸如Luceo有限公司(日本东京)制造的FSM-6000或者类似的商用仪器，来测量表面应力(FSM)，测量压缩应力和层深度的方法如ASTM1422C-99所述，题为“用于化学强化的平坦玻璃的标准规格”和ASTM1279.19779的“用于退火的、热强化的、完全回火的平坦玻璃中的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法”，其全文通过引用结合入本文。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，其与玻璃的双折射相关。进而通过本领域已知的那些方法来测量SOC，例如纤维和四点弯曲方法(它们都参见ASTM标准C770-98(2008)所述，题为“StandardTestMethodforMeasurementofGlassStress-OpticalCoefficient(用于测量玻璃的应力-光学系数的标准测试方法)”，其全文通过引用结合入本文)以及块圆柱体方法。从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解举例说明是为了描述本专利技术的具体实施方式的目的，这些举例说明不是用来限制本专利技术的说明书或所附权利要求书的。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。本文所述的玻璃是可离子交换的，并且当经过离子交换或者任意其他方式化学强化后，展现出高强度和抗微生物性质。在一些实施方式中，玻璃的液相线温度小于约1100℃。在一个方面，提供了之后可以用银进行离子交换的“基础”玻璃。在一些实施方式中，本文所述的基础玻璃基本由以下组成构成或者包括以下组成：至少约50摩尔％的SiO2(即，SiO2≥50摩尔％)；约5摩尔％至约25摩尔％的Al2O3(即，5摩尔％≤Al2O3≤25摩尔％)；高至约15摩尔％的B2O3(即，0摩尔％≤B2O3≤15摩尔％)；约10摩尔％至约25摩尔％的Na2O(即，10摩尔％≤Na2O≤25摩尔％)；高至约5摩尔％的K2O(即，0摩尔％≤K2O≤5摩尔％)；0.1摩尔％至约2.5摩尔％的Li2O(即，0摩尔％≤Li2O≤1.55摩尔％)；高至约5摩尔％的P2O5(即，0摩尔％≤P2O≤10摩尔％)；高至约5摩尔％的MgO(即，0摩尔％≤MgO≤5摩尔％)；高至约10摩尔％的CaO(即，0摩尔％≤CaO≤10摩尔％)；以及高至约10摩尔％的ZnO(即，0摩尔％≤ZnO≤10摩尔％)，其中，碱金属氧化物改性剂的总和大于或等于10摩尔％且小于或等于30摩尔％(即，10摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤30摩尔％)。在一些实施方式中，0摩尔％≤MgO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃，所述玻璃包含：约50摩尔％至约80摩尔％的SiO2；约5摩尔％至约25摩尔％的Al2O3；高至约15摩尔％的B2O3；约10摩尔％至约25摩尔％的Na2O；高至约5摩尔％的K2O；0.1摩尔％至约2.5摩尔％的Li2O；高至约5摩尔％的P2O5；高至约10摩尔％的MgO；高至约10摩尔％的CaO；以及高至约10摩尔％的ZnO；以及其中，10摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤30摩尔％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 US 61/944,6561.一种玻璃，所述玻璃包含：约50摩尔％至约80摩尔％的SiO2；约5摩尔％至约25摩尔％的Al2O3；高至约15摩尔％的B2O3；约10摩尔％至约25摩尔％的Na2O；高至约5摩尔％的K2O；0.1摩尔％至约2.5摩尔％的Li2O；高至约5摩尔％的P2O5；高至约10摩尔％的MgO；高至约10摩尔％的CaO；以及高至约10摩尔％的ZnO；以及其中，10摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤30摩尔％。2.如权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的液相线温度小于约1100℃。3.如权利要求1或2所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃经过离子交换，并且具有从所述玻璃的表面延伸到所述玻璃内的层深度的压缩层，以及其中，所述压缩层包括从所述表面延伸到第一深度的第一区域，所述第一深度小于所述层深度，所述第一区域包含Ag2O。4.如权利要求3所述的玻璃，其特征在于，所述第一区域包含约10-30摩尔％的Ag2O。5.如权利要求3或4所述的玻璃，其特征在于，所述第一深度大于0μm且小于或等于约20μm。6.如权利要求3-5中任一项所述的玻璃，其特征在于，所述压缩层具有至少约700MPa的最大压缩应力。7.如权利要求3-6中任一项所述的玻璃，其特征在于，在改性JISZ2801(2000)测试条件下，所述玻璃具有至少对于金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌和铜绿假单胞菌浓度至少3的对数下降的杀灭率，其中，所述改性条件包括在约38-42％的湿度下，将所述抗微生物玻璃制品加热至约23-37摄氏度的温度，持续约24小时，之后干燥约6-24小时。8.如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃还包含至少一种澄清剂。9.如权利要求7所述的玻璃，其特征在于，所述澄清剂包括以下至少一种：SnO2、As2O3和Sb2O3。10.如权利要求8所述的玻璃，其特征在于，所述至少一种澄清剂包括以下至少一种：0摩尔％至约0.5摩尔％的SnO2，0摩尔％至约0.5摩尔％的As2O3，以及0摩尔％至约0.5摩尔％的Sb2O3。11.如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含：约为50摩尔％至约80摩尔％的SiO2，约为9摩尔％至约22摩尔％的Al2O3；约为3摩尔％至约10摩尔％的B2O3；约为10摩尔％至约20摩尔％的Na2O；0.1摩尔％至约1.5摩尔％的Li2O；0摩尔％至约5摩尔％的K2O；至少约0.1摩尔％的MgO、ZnO或其组合，其中，0≤MgO≤6且0≤ZnO≤6摩尔％；以及任选的，CaO、BaO和SrO中的至少一种，其中0摩尔％≤CaO+SrO+BaO≤2摩尔％。12.如前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃是可下拉的。13.一种玻璃，所述玻璃包括：压缩层，其从所述玻璃的表面延伸到所述玻璃内的层深度，并且具有至少约700MPa的最大压缩应力，所述压缩层包含K2O；以及所述压缩层内的第一区域，所述第一区域从所述表面延伸到第一深度，所述第一深度小于所述层深度；其中，所述第一区域包含约为10-30摩尔％的Ag2O，以及其中，所述玻璃包含SiO2、Al2O3、Li2O和Na2O。14.如权利要求13所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含：约50摩尔％至约80摩尔％的SiO2；约5摩尔％至约25摩尔％的Al2O3；高至约15摩尔％的B2O3；约10摩尔％至约25摩尔％的Na2O；高至约5摩尔％的K2O；高至约1.5摩尔％的Li2O；高至约5摩尔％的P2O5；高至约10摩尔％的MgO；高至约10摩尔％的CaO；以及高至约10摩尔％的ZnO；以及其中，10摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤30摩尔％。15.如权利要求14所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包含：约为50摩尔％至约80摩尔％的SiO2，约为9摩尔％至约22摩尔％的Al2O3；约为3摩尔％至约10摩尔％的B2O3；约为10摩尔％至约20摩尔％的Na2O；0.1摩尔％至约1.5摩尔％的Li2O；0摩尔％至约5摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·莫罗，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US